水電廠自動化系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用與發(fā)展

水電廠自動化系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用與發(fā)展摘要計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個客戶化程度很高的自動控制系統(tǒng)。本文敘述了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)過程、開發(fā)內(nèi)容、功能以及相關(guān)子系統(tǒng)的組成；介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程；并對監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)問題和應(yīng)采取的技術(shù)措施進(jìn)行了探討。簡述了水電廠"無人值班"或"少人值守"的技術(shù)條件。

關(guān)鍵詞水電廠自動化；開發(fā)；發(fā)展；技術(shù)問題；技術(shù)措施；技術(shù)條件

引言

隨著水電廠"無人值班"或"少人值守"工作的開展，以"廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)"為基礎(chǔ)的電力體制改革的深入進(jìn)行。對水電廠的生產(chǎn)運(yùn)行和管理提出了新的要求，也對水電廠自動化技術(shù)提出了更高的要求。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用是水電廠實現(xiàn)"無人值班"或"少人值守"的必備條件。計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，給水電廠自動化系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)上還是在功能上，都提供了一個廣闊的發(fā)展舞臺。水電廠自動化工作也必須適應(yīng)新的形勢需要，有新的發(fā)展。如今的水電廠自動化系統(tǒng)應(yīng)該成為一個集計算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)及電力電子為一體的綜合系統(tǒng)。不僅可以完成對單個電廠，還可以進(jìn)一步實現(xiàn)對梯級流域、甚至跨流域的水電廠群的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全監(jiān)控。本文就如何開發(fā)水電廠自動化系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)開發(fā)方面的技術(shù)問題作一點探討。

1、自動化系統(tǒng)開發(fā)的組織過程

1.1、用戶參與開發(fā)過程

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般的機(jī)電產(chǎn)品，用戶參與其開發(fā)過程，對于系統(tǒng)發(fā)揮其監(jiān)控功能十分必要。這是因為：

＃由于計算機(jī)硬件的可擴(kuò)展性和軟件的靈活性，使監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模、功能、性能等不可能統(tǒng)一，市場上沒有固定的系統(tǒng)可供購買。

＃用戶的要求差異性很大。電廠規(guī)模、重要性、設(shè)備狀況不同，對監(jiān)控系統(tǒng)的要求就不同。電廠的管理模式和生產(chǎn)技術(shù)人員參與開發(fā)是將用戶的意圖、習(xí)慣和對自動化的理解融合到產(chǎn)品中去的最好方式。

＃參與開發(fā)能使用戶最快地掌握系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，有利于用戶對系統(tǒng)的升級、改進(jìn)、完善及維護(hù)，更好地使用系統(tǒng)各項功能。

監(jiān)控系統(tǒng)從設(shè)計到投運(yùn)一般要經(jīng)過如下過程：設(shè)計招標(biāo)、合同談判、成立聯(lián)合設(shè)計開發(fā)組、用戶數(shù)據(jù)文件收集、開發(fā)商設(shè)備采購、系統(tǒng)集成與軟件開發(fā)、出廠驗收、現(xiàn)場安裝調(diào)試、工廠試驗及投運(yùn)等。用戶應(yīng)全過程參與，但真正參與開發(fā)是在合同談判結(jié)束和各項技術(shù)條件確定后開始的，包括用戶數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備、系統(tǒng)集成與開發(fā)。

1.2、用戶數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備

監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的最大工作量在于系統(tǒng)的客戶化，而客戶化的好壞起決于用戶數(shù)據(jù)是否充分和準(zhǔn)確，因此用戶在同廠家開發(fā)之前應(yīng)組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集和準(zhǔn)備工作，生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)包括運(yùn)行人員、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員、自動化技術(shù)人員。

由運(yùn)行人員準(zhǔn)備的資料有：工作站監(jiān)控畫面、運(yùn)行報表、歷史記錄點定義、事件記錄報表、操作鍵盤定義、語音報警語句、電話及ON-CALL傳呼定義、統(tǒng)計計算格式等等。

由計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員準(zhǔn)備的資料有：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、MIS系統(tǒng)操作系統(tǒng)平臺、MIS系統(tǒng)和自動化接口軟件、網(wǎng)橋、防火墻等。

由自動化技術(shù)人員準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)資料有：數(shù)據(jù)庫定義表、各項操作流程及防誤閉鎖條件、各LCU的I/O定義表、LCU順控及自動倒換流程、AGC、AVC控制參數(shù)和邊界條件、對外通信數(shù)據(jù)清單等。

數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備工作一般約需3個月時間，對于尚未投產(chǎn)的新電廠，由于設(shè)備還未到位，其運(yùn)行狀況不明，圖紙資料不齊全，數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備工作可能需要幾年的時間。

1.3、雙方聯(lián)合設(shè)計開發(fā)組聯(lián)絡(luò)會議

聯(lián)合設(shè)計開發(fā)組一般應(yīng)有雙方技術(shù)人員和商務(wù)人員參加。首次聯(lián)絡(luò)會會議的主要內(nèi)容一般為：

＃用戶通報現(xiàn)場數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況，并提交有關(guān)資料；

＃開發(fā)商通報設(shè)備采購情況，并就設(shè)備變更和系統(tǒng)集成方案征求用戶意見；

＃雙方對合同的理解和技術(shù)澄清；

＃確定開發(fā)的組織方式和開發(fā)的時間；

＃在隨后的開發(fā)過程中根據(jù)合同要求和實際技術(shù)難度，可能還應(yīng)召開1～3次聯(lián)合設(shè)計開發(fā)組聯(lián)絡(luò)會。

1.4、系統(tǒng)的集成與軟件開發(fā)

＃硬件系統(tǒng)的集成，一方面是檢驗合同文件所規(guī)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)備的可行性，另一方面也是為軟件開發(fā)搭建平臺，這項工作應(yīng)由開發(fā)商根據(jù)簡化了的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行。

＃用戶應(yīng)成立廠開發(fā)工作組，一般為5～15人組成，并指定工作組負(fù)責(zé)人。用戶工作組成員應(yīng)包括：自動化專業(yè)人員、計算機(jī)專業(yè)人員和運(yùn)行經(jīng)驗豐富且具備一定計算機(jī)知識的運(yùn)行人員。開發(fā)商應(yīng)提供應(yīng)用程序開發(fā)平臺，并提供必要的培訓(xùn)。

開發(fā)過程中用戶工作組可獨(dú)立完成的開發(fā)任務(wù)有：

＃監(jiān)控畫面的編輯；

＃運(yùn)行報表的編輯；

＃實時數(shù)據(jù)庫原文件的編輯；

＃歷史數(shù)據(jù)庫原文件的編輯；

＃各LCU控制流程的編輯；

＃對外通信數(shù)據(jù)模塊原文件的編輯，等等。

用戶工作組可協(xié)助開發(fā)商完成的開發(fā)任務(wù)有：

＃AGC、AVC控制流程；

＃事件及報警記錄的定義；

＃語音、電話報警和ON-CALL信息的定義；

＃主站操作流程及防誤操作閉鎖流程；

＃歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、計算等等。

現(xiàn)場用戶工作組應(yīng)定期反饋開發(fā)進(jìn)度，全過程監(jiān)督項目的執(zhí)行，直到開發(fā)工作結(jié)束，并一同參與出廠驗收。

2、太平哨發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)過程介紹

太平哨發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)始于1997年，開發(fā)的項目范圍為計算機(jī)主站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、公用設(shè)備LCU。

該項目選定東北電科院自動化所為合作伙伴，項目各階段的進(jìn)度如下：

合作意向簽訂：1997年初

自動化改造方案和施工期進(jìn)度方案：1997年

技術(shù)條件及合同擬定：1998年

技術(shù)方案和設(shè)備選型：1998年

現(xiàn)場數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備：1998年2～4月

用戶工作組開發(fā)：1998年5月～10月；1999年9月～12月（1998年1號機(jī)組；1999年2～4號機(jī)組）。

第一臺LCU連入新主站網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行：1998年10月

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：1999年11月～12月

隨著試驗的進(jìn)行，各項功能逐步投入使用。至1999年底，已能實現(xiàn)對四臺機(jī)組遙測、遙控和遙調(diào)。

在該項目中，用戶參與開發(fā)主要分兩個階段，第一階段為數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備階段，共有20余人參與，歷時3個月；第二階段為開發(fā)階段，共有15人參與，歷時6個月。

3、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)問題探討

監(jiān)控系統(tǒng)是一個客戶化程度很高的自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的實用性、先進(jìn)性、可靠性以及靈活性等取決于客戶（包括管理、設(shè)計開發(fā)、使用等）的要求。在此就一些技術(shù)問題進(jìn)行探討。

3.1、監(jiān)控系統(tǒng)電源

電廠控制層應(yīng)設(shè)有直流和交流控制電源，監(jiān)控系統(tǒng)的LCU及外圍自動化裝置宜采用交直流雙電源、互為備用、無擾切換的供電方式，電源裝置的電壓選擇應(yīng)保證正常情況下交流供電、直流備用，以減輕直流系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。運(yùn)行經(jīng)驗表明，UPS在現(xiàn)場環(huán)境下使用壽命很短，難以維護(hù)，不宜采用（太平哨發(fā)電廠正在考慮改進(jìn)直流供電電源）。

監(jiān)控系統(tǒng)主站設(shè)備（工作站、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）的運(yùn)行環(huán)境要達(dá)到國家規(guī)定要求，采取交流＋UPS供電方式較好。

3.2、監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁、保護(hù)、調(diào)速器系統(tǒng)接口

LCU與上述自動化裝置一般采用開關(guān)量（DIO）接口和通信兩種方式。對于DIO方式，由于交換的信號一一對應(yīng)，接線直觀，便于調(diào)試和故障查處。但接線較多，有些控制功能，例如有功和無功調(diào)節(jié)，必須在LCU內(nèi)編制復(fù)雜的PID調(diào)節(jié)程序，如PID參數(shù)不當(dāng)還可能造成調(diào)節(jié)性能不佳?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，這種方式對無功/電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)尚能滿足要求，但對有功閉環(huán)調(diào)節(jié)，常常出現(xiàn)超調(diào)或調(diào)節(jié)不到位、或凋節(jié)時間延長等現(xiàn)象。

上述三種自動化裝置宜采用通信方式，LCU直接將給定值傳送至電調(diào)和勵磁裝置，實現(xiàn)有功、無功的一次設(shè)定；LCU通過通信鏈路獲得各個自動化裝置的內(nèi)部詳細(xì)狀態(tài)和微機(jī)保護(hù)的事故追憶采樣值數(shù)據(jù)包（如果微機(jī)保護(hù)有此功能的話）。

盡管監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁、保護(hù)、調(diào)速器裝置存在接口聯(lián)系，但各系統(tǒng)間應(yīng)保持相對獨(dú)立，并在通信上設(shè)置"互檢"和容錯功能，一方故障不應(yīng)影響其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行。上述裝置中直接作為控制和調(diào)節(jié)條件的信號（例如主開關(guān)狀態(tài)、機(jī)組轉(zhuǎn)速和機(jī)組狀態(tài)等）不應(yīng)相互轉(zhuǎn)送利用，而應(yīng)通過高可靠的渠道直接從設(shè)備上采集。

3.3、監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)地自動控制回路和裝置的功能協(xié)調(diào)

機(jī)組或公共輔助設(shè)備，例如冷卻水系統(tǒng)、壓油泵、深井泵、空壓機(jī)等，一般設(shè)有現(xiàn)地自動控制裝置。處理現(xiàn)地自動化與監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系時，應(yīng)遵循現(xiàn)地自動化為主的原則，監(jiān)控系統(tǒng)則通過開關(guān)量、模擬量的采集（無需通信）承擔(dān)監(jiān)視、后備控制的任務(wù)，一旦發(fā)生異常，則發(fā)出信號，并通過獨(dú)立的信號采集進(jìn)行緊急控制。

直流電源裝置也應(yīng)視為現(xiàn)地自動裝置，監(jiān)控系統(tǒng)只對直流系統(tǒng)和電源裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，不參與控制。無需建立網(wǎng)絡(luò)或串行通信聯(lián)系。

3.4、事件記錄與故障錄波的考慮

事件記錄與故障錄波裝置都是運(yùn)行和事故分析的手段。事件記錄一般集成在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，但由于采樣速度、內(nèi)存等限制往往不能提供足以用來分析事故的波形；故障錄波一般用在開關(guān)站，作為線路故障數(shù)據(jù)的采集和分析工具。

機(jī)組不必配置故障錄波器，因為配置故障錄波器會導(dǎo)致信號的重復(fù)采集，使二次回路和電纜布置復(fù)雜化，而且不可能收集太全的信號（有些設(shè)備的關(guān)鍵量、中間計算數(shù)據(jù)點無法提供接口）。將事故記錄與故障錄波功能分別由監(jiān)控系統(tǒng)和具有快速交流采樣功能的微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器等分擔(dān)較為合理。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器具有判別故障、存儲、對時等功能。

3.5、信號返回屏的考慮

信號返回屏是電廠實現(xiàn)集中監(jiān)視和控制的重要人機(jī)交流界面，由于顯示直觀、清晰可靠，畫面和各儀表、元件位置固定，對運(yùn)行值班十分方便，尤其是事故情況下，運(yùn)行人員對全廠的狀況一目廠然，其作用是計算機(jī)屏幕不可替代的（采用大屏幕電視或投影替代也是不可取的）。信號返回屏宜考慮采用一些指針儀表，以反映系統(tǒng)的動態(tài)過程（例如系統(tǒng)振蕩）。

3.6、工業(yè)電視、消防報警、保安、故障錄波器及MIS的接入

鑒于監(jiān)控系統(tǒng)在電廠運(yùn)行控制中的突出地位，其接入系統(tǒng)越少越好，信息交換量不大時，為了保證各個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，能采用I/O接入的決不采用通信連接。

對工業(yè)電視，由于圖像信號數(shù)據(jù)量大，占用網(wǎng)絡(luò)資源多，不應(yīng)通過監(jiān)控網(wǎng)傳送，而應(yīng)自成網(wǎng)絡(luò)，在控制室設(shè)置工業(yè)電視專用CRT。但如果工業(yè)電視要實現(xiàn)圖像自動聯(lián)控切換功能，仍應(yīng)以通信方式接入監(jiān)控系統(tǒng)，通信鏈路上僅從監(jiān)控系統(tǒng)單向傳送用于圖像自動聯(lián)控切換的信息。而工業(yè)電視與電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，以便授權(quán)用戶進(jìn)行圖像訪問。

消防報警對運(yùn)行監(jiān)視十分重要，其數(shù)據(jù)量不大，因此接入監(jiān)控系統(tǒng)比較合理。消防報警火情信號和保安監(jiān)視信號可轉(zhuǎn)送給工業(yè)電視系統(tǒng)，進(jìn)行圖像自動聯(lián)控切換。

故障錄波器為大容量數(shù)據(jù)采集和記錄分析設(shè)備，數(shù)據(jù)的實時作用不強(qiáng)，離線分析的成分較多，應(yīng)各自自成系統(tǒng)，并建立各自的中心分析站。從運(yùn)行管理模式看，電廠實現(xiàn)"無人值班"或"少人值守"后，控制室運(yùn)行人員很少，而這兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析工作十分費(fèi)時，專業(yè)性很強(qiáng)，不適合運(yùn)行值班人員操作；如果兩系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)僅通過I/O對其故障和動作等情況進(jìn)行監(jiān)視。專業(yè)技術(shù)人員通過MIS即可訪問兩系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程管理功能。

為實現(xiàn)生產(chǎn)發(fā)電與電廠管理相結(jié)合，MIS應(yīng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。由于MIS用戶多，MIS上數(shù)據(jù)多種多樣，為安全起見，兩網(wǎng)之間除采取防火墻等隔離措施外，還應(yīng)采用單向數(shù)據(jù)流（從監(jiān)控系統(tǒng)流向MIS），控制室設(shè)置專用MIS終端。

4、自動化系統(tǒng)的發(fā)展

水電廠自動化系統(tǒng)由I/O設(shè)備(傳感器和執(zhí)行器)、控制硬件、控制軟件、人機(jī)接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。而水電廠的自動化是從80年代初單個功能裝置研制開始的，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程以及典型系統(tǒng)的應(yīng)用如表1所示：

表1計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展過程表

4.1、功能分布式的星型分層監(jiān)控系統(tǒng)

以單功能微機(jī)裝置集成系統(tǒng)，每個微機(jī)裝置具有特定的功能，但每個微機(jī)裝置都具有不同功能，如有的微機(jī)裝置專門采集開關(guān)量，有的微機(jī)裝置專采集模擬量，有的微機(jī)裝置專門進(jìn)行控制操作。該系統(tǒng)在分布的方式上進(jìn)行了一些有益的嘗試，但從模式上看不算是很成熟的系統(tǒng)。

4.2、以設(shè)備單元分布的星型分層監(jiān)控系統(tǒng)

為了檢修維護(hù)的方便，以發(fā)電機(jī)組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺微機(jī)或PLC裝置中，構(gòu)成了現(xiàn)地控制單元LCU。LCU無法直接接入以太網(wǎng)，而計算機(jī)非常昂貴，不能使每臺LCU都配備CPU（中央處理器）接入以太網(wǎng)，只能將微機(jī)作為前置機(jī)。這時的系統(tǒng)采用專門的計算機(jī)，在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上已跨出了一大步，但相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)還不完善，尚不能形成理想的開放系統(tǒng)環(huán)境。

4.3、基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜和龐大，軟件開發(fā)的投入也越來越大，如何使這些巨大的資源不僅在這一家公司制造的計算機(jī)上運(yùn)行，而且也能在另一家公司制造的計算機(jī)上運(yùn)行，這就形成了一系列的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP、POSIX、SQL、ODBC、JDBC、OPC等?；陂_放系統(tǒng)的分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)特點的計算機(jī)上。開放系統(tǒng)為水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的歷史舞臺。

4.4、基于對象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

計算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展迅速，給軟件開發(fā)提供了廣闊的平臺。軟件技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在除了遵循開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以外，還應(yīng)遵循面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如：SUN公司的JavaRMI、Microsoft公司的COM/DCOM。水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由于面向?qū)ο蟮膹?fù)雜性和多樣性，基于面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用將水電廠運(yùn)行設(shè)備如發(fā)電機(jī)組、主變、開關(guān)等抽象為對象。從系統(tǒng)設(shè)計、編程語言選擇到用戶界面等一系列過程都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原則和技術(shù)，這樣工作的結(jié)果將給用戶帶來使用和維護(hù)上的極大方便。5、水電廠自動化系統(tǒng)的技術(shù)措施

水電廠自動化系統(tǒng)必須具備完備的硬件結(jié)構(gòu)，開放的軟件平臺和強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。

5.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上以面向網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)級設(shè)備大多采用Ethernet或FDDI等通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接高性能的微機(jī)、工作站和服務(wù)器，在被控設(shè)備現(xiàn)場則較多地采用PLC或智能現(xiàn)地控制單元，再通過現(xiàn)場總線與基礎(chǔ)層的智能I/O設(shè)備、智能儀表、遠(yuǎn)程I/O等相聯(lián)接，構(gòu)成現(xiàn)地控制子系統(tǒng)，與廠級系統(tǒng)結(jié)合形成整個控制系統(tǒng)。

隨著安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)管理及電力市場等功能的擴(kuò)展，對計算機(jī)系統(tǒng)的能力也提出了更高的要求，在系統(tǒng)級設(shè)備中64位的工作站、服務(wù)器的選用已是絕大多數(shù)系統(tǒng)的必然選擇，Intel公司的64位TitaniumCPU和微軟公司64位Windows操作系統(tǒng)也即將推出，它將帶給基于PC和Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)用戶以巨大的尋址空間和遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于32位PC的強(qiáng)大運(yùn)算處理能力。高速交換式以太網(wǎng)（100Mbit/sorlGbit/s）技術(shù)的發(fā)展克服了以往低速以太網(wǎng)在實時應(yīng)用上的不足，其更具開放性的標(biāo)準(zhǔn)，眾多生產(chǎn)廠商的支持，使其無論是在設(shè)備的選購，產(chǎn)品的更換、產(chǎn)品的價格、硬軟件的可移植性等諸多方面都比FDDI等其它網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有著明顯的甚至是無法替代的優(yōu)勢。

對于現(xiàn)地控制單元，智能控制器加上現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)是一個好的發(fā)展趨勢，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場總線基金會的定義：現(xiàn)場總線是連接智能設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它具有如下技術(shù)特點：

＃系統(tǒng)開放性；

?；タ刹僮餍耘c可用性；

＃現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；

＃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；

＃對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。

機(jī)組容量變大、控制信息量增多，控制任務(wù)功能增加，控制負(fù)荷加重、網(wǎng)絡(luò)通信故障都會造成現(xiàn)地控制單元控制能力的降低。針對水電廠被控制對象分散的特點，采用現(xiàn)場總線將分散在現(xiàn)場的智能儀表、智能I/O、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能變送器、智能控制器連接成一體。正好體現(xiàn)了分散控制的特點，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性，節(jié)省了大量信號電纜和控制電纜。所以說，使用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)較適應(yīng)分布式、開放式的發(fā)展趨勢。當(dāng)然，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要是要有分散在被控對象現(xiàn)場的智能傳感器、智能儀表、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支持，而目前在水電廠中這些還是大量的舊式裝備。只能逐步過渡，最后取代舊式的數(shù)字/模擬混合裝備和技術(shù)，形成全新的全數(shù)字式系統(tǒng)。

5.2、軟件系統(tǒng)平臺

5.2.1、支持軟件平臺和應(yīng)用軟件包向通用化、規(guī)范化發(fā)展

為適應(yīng)開放化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化和易用化的發(fā)展技術(shù)，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件支持平臺和應(yīng)用軟件包應(yīng)更趨向于通用化、開放化和規(guī)范化。從電力行業(yè)高可靠性的要求出發(fā)，在大中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的UNIX操作系統(tǒng)等得到廣泛的應(yīng)用，中小型水電廠因較多采用PC構(gòu)架的計算機(jī)，所以較多地采用Windows操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫方面由于商用數(shù)據(jù)庫在電力生產(chǎn)控制的實時性上還難以充分滿足要求，專有的實時數(shù)據(jù)庫＋商用的歷史數(shù)據(jù)庫形式，這是目前較為普遍的結(jié)合方式。由于部分?jǐn)?shù)據(jù)庫的專用性帶來了數(shù)據(jù)變換的不便，在現(xiàn)今電力行業(yè)推進(jìn)信息化和數(shù)字化建設(shè)的大背景下它的不適應(yīng)性就凸現(xiàn)出來，較好的辦法是遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，使大家可在統(tǒng)一的"數(shù)字總線"上便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.2.2、Web、Java等新技術(shù)的應(yīng)用

Web及面向?qū)ο蟮腏ava等新技術(shù)將越來越多地引入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。筆者了解到南瑞自控新近開發(fā)的NC-2000監(jiān)控系統(tǒng)，全面采用了面向?qū)ο蟮拈_發(fā)技術(shù)，人機(jī)界面采用跨平臺的Java來實現(xiàn)，它不僅給用戶提供了更加方便地進(jìn)行可編程二次開發(fā)的功能豐富多彩的界面，而且由于Web、Java等技術(shù)的采用，前臺操作員站的應(yīng)用支撐軟件大大減少，可以實現(xiàn)真正意義上的"瘦客戶機(jī)"。如在大中型電廠用高性能的UNIX工作站或服務(wù)器作為全系統(tǒng)的主控機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，而用PC機(jī)作為操作員站，由Java一次編譯，多處運(yùn)行的特性，不僅可輕松地在操作員站和主處理器等監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點獲得同樣的人機(jī)界面，加上Internet/Intranet和Web技術(shù)的支持，更可在廠領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工辦公室和生產(chǎn)等部門任何聯(lián)網(wǎng)的地方直接瀏覽到同樣的界面，甚至于在任何地點經(jīng)電話接入后的微機(jī)也可以瀏覽到同樣的界面（為保證安全需增加必要的安全措施）。

5.2.3、功能強(qiáng)大的組態(tài)工具

用戶無需對操作系統(tǒng)命令深入了解，也不需要復(fù)雜的編程技巧，不論是在UNIX系統(tǒng)上還是在Windows系統(tǒng)上，都可通過組態(tài)界面十分方便地完成：

＃數(shù)據(jù)庫測點定義；

＃對象定義；

?，F(xiàn)地控制單元的各種模件定義；

＃處理算法定義；

＃通信端口；

＃通信協(xié)義的定義。

順序控制流程生成、檢測、加載等各種功能的應(yīng)用定義以及維護(hù)，很多功能只需點擊鼠標(biāo)進(jìn)行選擇，既快捷方便，又避免了使用編輯程序產(chǎn)生的輸入錯誤，真正體現(xiàn)主系統(tǒng)服務(wù)的面向?qū)ο蟆⒖煽?、開放、友好、可擴(kuò)展和透明化。

5.3、強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)

計算機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天，其性能越來越高，其應(yīng)用也就越來越廣泛。隨著無人值班工作向縱深發(fā)展，也向計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無論是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，還是功能上都提出了更高的要求，現(xiàn)就幾個方面說明如下：

5.3.1、歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際上是監(jiān)控系統(tǒng)的一個組成部分，只是將原來監(jiān)控系統(tǒng)中需要?dú)v史保存的數(shù)據(jù)、事件和相關(guān)信息進(jìn)行分門別類的存放在商用數(shù)據(jù)庫中，供需要時進(jìn)行查詢、打印或備份。歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以單獨(dú)的計算機(jī)來實現(xiàn)，具有美觀的人機(jī)界面，方便的操作方式和豐富多彩的顯示形式。這樣的配置既減輕了監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，減化了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性，增加了監(jiān)控系統(tǒng)的實時性，還能通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫接口SQL、ODBC、JDBC等與其他系統(tǒng)互連，如MIS系統(tǒng)。

5.3.2、電能量監(jiān)測系統(tǒng)

水電廠中每臺發(fā)電機(jī)、每條線路甚至每臺主變都安裝了電度量表，傳統(tǒng)的電度量采集一般采用由電度量表輸出電度量脈沖到計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)的，由于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備環(huán)節(jié)比較多，在監(jiān)控系統(tǒng)中必須設(shè)定電度量初值，一旦有設(shè)備退出工作或工作不正常，電度量測量就有誤差或以前的測量值丟失，需要重新設(shè)定其初值，這種方法實際上無法保證電度量監(jiān)測的結(jié)果正確性，而且維護(hù)的工作量也很大。

目前，市場上有一種智能電度量表，它具有智能通信接口。這種電度量表能完整地保存電度量數(shù)據(jù)，并隨時可以通過通信接口取得電度量數(shù)據(jù)。因此，以這種電度量表為基礎(chǔ)，通過電度量表的通信接口，回聚在一起，配備歷史數(shù)據(jù)管理功能的計算機(jī)就可以形成電度量監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以相對獨(dú)立，也可以與監(jiān)控系統(tǒng)互相通信，實現(xiàn)信息共享，為水電廠運(yùn)行管理提供可靠依據(jù)。

5.3.3、效率檢測系統(tǒng)

水輪機(jī)效率的實時監(jiān)測對電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的作用。水輪機(jī)的在線監(jiān)測既可用于水電廠機(jī)組在安裝竣工或大修結(jié)束后的現(xiàn)場驗收試驗，以便檢查設(shè)計、制造、安裝和檢修質(zhì)量是否滿足要求，又能通過對機(jī)組運(yùn)行性能進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測，提供在不同的水流和工況條件下水輪機(jī)性能的實時數(shù)據(jù)，為確定電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的開機(jī)臺數(shù)和負(fù)荷優(yōu)化分配以及機(jī)組的狀態(tài)檢修等提供參考。因此，水輪機(jī)效率在線檢測一直是實現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)考核和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個重大科技攻關(guān)課題。但是多年來，一方面由于流量的在線檢測技術(shù)還未能得到廣泛的推廣應(yīng)用，另外，由于種種原因的限制，也使效率測試難以在電廠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此盡管隨著計算機(jī)、通信、信息及測控等一系列新技術(shù)的迅速發(fā)展和在電廠的廣泛應(yīng)用，給效率在線檢測項目的開發(fā)提供了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前，以廠網(wǎng)分開為基礎(chǔ)的電力體制改革方案已經(jīng)出臺，電力市場競價上網(wǎng)亦將成為必然的發(fā)展趨勢。因此，在保證安全運(yùn)行，滿足電力系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，不斷提高水資源利用率和設(shè)備可用率，減少運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，已成為每個電廠迫切需要開展的工作。

5.3.4、運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)面對著實際的運(yùn)行設(shè)備，肯定不能在上面隨意操作，否則會出現(xiàn)誤操作行為，造成事故，任何水電廠都不希望出現(xiàn)這種情況。那么一些操作不熟煉或新來的運(yùn)行人員，如何讓他們盡快熟悉環(huán)境，提高操作水平，進(jìn)入角色。除了可以進(jìn)行培訓(xùn)、實習(xí)、考試等形式熟悉業(yè)務(wù)外，應(yīng)該有一個讓運(yùn)行人員實際動手操作的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。培訓(xùn)仿真系統(tǒng)可作為對監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充，任何重要的控制操作或復(fù)雜的操作，應(yīng)該在培訓(xùn)仿真系統(tǒng)上驗證一次，保證操作的完整性和正確性，確保水電廠運(yùn)行的安全。

5.3.5、狀態(tài)檢修系統(tǒng)

這是水電廠熱門的課題，設(shè)備狀態(tài)檢修和設(shè)備運(yùn)行壽命評估，既是設(shè)備檢修工作發(fā)展的必然趨勢，也是一項技術(shù)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢測主要利用現(xiàn)代化先進(jìn)的檢測設(shè)備和分析技術(shù)對水電廠主設(shè)備的某些關(guān)鍵部位的參量，如：機(jī)組的振動和擺度，發(fā)電機(jī)絕緣，定子局部放電，變壓器絕緣等數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實時采集和監(jiān)視，經(jīng)過集合了現(xiàn)場積累的運(yùn)行、檢修、試驗資料和專家經(jīng)驗的智能（專家）系統(tǒng)綜合分析，從而對設(shè)備可能存在的機(jī)械、水力、電氣等問題作出一個貼近實際的評估。要作出一個較準(zhǔn)確的評估目前尚有很大的難度，國內(nèi)外都已做了大量的嘗試性工作，取得了一定的經(jīng)驗。在實施中，它也作為一個相對獨(dú)立的系統(tǒng)，但目前國內(nèi)大多數(shù)水電廠都有了較完善的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，集聚了大量監(jiān)測設(shè)備，從節(jié)省投資與實際應(yīng)用的角度來看，狀態(tài)檢修系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修系統(tǒng)時應(yīng)與已建成的監(jiān)控系統(tǒng)作統(tǒng)籌考慮，使兩者有機(jī)地結(jié)合起來，既可省去一些重復(fù)部件的投資，又可以使運(yùn)行管理人員在執(zhí)行實時生產(chǎn)控制時，隨時監(jiān)視到生產(chǎn)設(shè)備的健康狀態(tài)，讓健康狀態(tài)良好的設(shè)備充分發(fā)揮潛力，讓處于亞健康狀態(tài)的設(shè)備減荷承擔(dān)適當(dāng)?shù)墓ぷ髫?fù)荷，而讓健康狀態(tài)有問題或趨于出問題的設(shè)備及時得到維修。

5.3.6、生產(chǎn)管理系統(tǒng)

目前，雖然許多電廠都有了功能較完善的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，但因種種原因還有部分現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測信號無法輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動監(jiān)視。所以設(shè)備的巡檢工作是必不可少的。為了加強(qiáng)巡檢工作的管理和提高巡檢工作的質(zhì)量，可通過生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)，在當(dāng)班巡檢人員出發(fā)前開列出巡檢路線，查看設(shè)備運(yùn)行情況，記錄設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，巡檢工作完成后,輸入相關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等信息傳輸至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，進(jìn)行分析對比，并記入歷史數(shù)據(jù)庫備查。

按照技術(shù)規(guī)程要求，電廠在執(zhí)行設(shè)備操作或維護(hù)時必須辦理相應(yīng)的一次、二次工作票。這些工作也可以借助生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)來完成。各相關(guān)部門計算機(jī)連入該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)后，就不必拿著工作票來回去簽票、消票了。它完全成了數(shù)字化傳輸，省時省力，并可隨時對簽票、消票的詳情進(jìn)行實時和歷史的查詢。

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)完成的工作還包括：運(yùn)行值長日志，智能操作票（可由生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，并經(jīng)過安全閉鎖條件檢查），設(shè)備缺陷管理，運(yùn)行臺帳等。

5.3.7、智能電話報警服務(wù)系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信號，按照告警信號的優(yōu)先級別和被通知者的處理優(yōu)先級，提供實時智能報警通知，把生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生的事件經(jīng)過智能化的處理，通過內(nèi)部通信系統(tǒng)、電話、尋呼、移動通信等多種通信手段，以最快的速度把報警信息傳遞給相關(guān)的人員，以便他們及時作出對事件的響應(yīng)。它不僅是一個智能的可通過各種通訊工具報警的系統(tǒng)